为什么 BJT 的基极-发射极电压会随温度降低?

电器工程 晶体管 温度 bjt 数学
2022-01-11 23:55:50

根据 Sedra/Smith Microelectronic Circuits,\$v_{BE}\$ 变化为 \$-2\text{mV}/\text{°C}\$。鉴于我熟悉的方程式,我无法理解这怎么可能是这种情况。

在所有电流保持不变的情况下,我们有:

\$\大{i_E = \frac{I_s}{\alpha}e^{v_{BE}/V_T}}\$

为了保持 \$i_E\$ 不变,\$V_T\$ 的任何变化都必须伴随 \$v_{BE}\$ 中相同因子的变化,否则 \$\alpha\$ 或 \$I_s \$ 将不得不改变,据我所知,这是不可能的。

那么,\$v_{BE}\$ 怎么可能与 \$V_T\$ 成反比呢?

3个回答

\$I_S \$高度依赖温度。随着材料温度的升高,更多的电子-空穴对被热生成,增加了 \$I_S \$。 这是一个链接,给出了 SPICE 用于 \$I_S \$ 的公式

温度明确出现在 BJT 和二极管模型方程的指数项中。此外,饱和电流具有内在的温度依赖性。BJT 模型中饱和电流的温度依赖性由下式确定:

\$ I_S(T_1)=I_S(T_0)\left[\dfrac{T_1}{T_0}\right]^{XTI}exp\left[{\dfrac{-E_gq(T_1T_0)}{k(T_1-T_0) }}\右] \$

我相信 \$I_S \$ 在 \$ T \$ 中大致是三次方

那么,vBE 怎么会与 VT 成反比呢?

我认为,这会导致对要观察的效果的错误理解。换句话说:基极-发射极电压不会随着温度的升高而降低(自动)。

效果如下:随着温度的升高,集电极电流 Ic 增加(因为 Is 与温度有关)。这意味着:为了使该电流 Ic 保持在同一水平,必须(外部!)降低基极-发射极电压。因此,数据表表明,对于恒定 Ic,适用众所周知的值 -2mV/K。

编辑: 我想补充一点,在下面的链接中,导出了 Is 的温度依赖性以及 -2mV/K 的“神奇”值的公式。

web.mit.edu/klund/www/Dphysics.pdf

有趣的是,这种推导仅基于晶体管物理学——根本没有使用基极电流和电流增益。

在这种情况下,我记得一些(经常有争议的争论)问题是双极晶体管是由电流 Ib 还是由电压 Vbe 控制的。对我来说,上述文件中包含的推导进一步清楚地证明了晶体管 - 从物理上讲 - 由施加的电压 Vbe 控制。

随着温度升高,通过发射结的 Ibo 或反向饱和电流增加,因此通过 Je 的总电流减小,因此 Vbe 也成比例地减小。